PBI纤维优点简述
来源:    发布时间: 2012-07-19 12:47   3664 次浏览   大小:  16px  14px  12px
从美国NASA航空计划崭露头角,PBI纤维优异的热性能、耐化学性能、舒适性以及易纺织加工等性能给航空航天、军事和纺织工业等领域的产品设计提供了令人兴奋的选择。

     PBI纤维,全称为聚-2,2’-间苯撑-5,5’-双苯并咪唑纤维,也简称托基纶(Togylen)。大分子主链上含有苯并咪唑撑,使其具备耐高温、阻燃、耐化学腐蚀等优异的特性。美国HoechstCelanse公司于20世纪60年代中期研制成功,1983年开始工业生产。最初用于美国NASA计划中航天飞机降落伞和阻燃的宇航防护服。由于该纤维吸湿率高达15%,因此自1983年后,又开发了穿着舒适的高温防护服等民用产品。近十年来应用日趋广泛。当前PBI主要用于高温过滤织物、热防护服和石棉替代材料。同时,这种聚合物在薄膜、泡沫材料和粘合剂等领域也显示其良好的发展前景。

     PBI的聚合加工路径大致有以下三种:第一,芳香族四胺和二酸单体在强酸性溶液中缩聚,第二,在热熔,但不起溶解作用的稀释剂如丁撑砜或联二苯砜中;第三,通过固相聚合。固相聚合法发挥了加工固体能在真空或在大气压力下聚合的优点,使产品能直接在纺丝原液中液化,是最具有工业潜力的加工方法。聚合反应容器应选用璃器、搪瓷或316不锈钢等材质。
                                 
     众所周知,咪唑衍生物是高熔点的化合物,耐热解和酸、碱水解。1959年,利用脂肪族二羧酸和双氧二氨基联苯首次合成含有稳定咪唑链的聚合物。Vogel和Marvel分别在1961年和1965年制备了芳族聚苯并咪唑来替代反应物,合成物的热稳定性大大提高。PBI的物理性能如表1所示。其性能优点不胜枚举,其主要物理性能见下表:

 

单丝细度(D)  1.5    
强度(g/D)     3.1-4.2 
断裂伸长(%)30    
初始模量(g/D)     45-90    
密度1.39-14.3    
纤维强度(cN/dtex)2.8-5.0    
燃烧试验收缩率(%)6-50    
400-500℃的TMA收缩率4-10    

68℃,65%相对湿度下的回潮率(%)

13-15    


1.热稳定和阻燃性
                                 
     极限氧指数(L01)指的是维持材料燃烧的最低氧浓度。间位芳纶的LOI是28%,阻燃棉纤维是26%~32%,而PBI的LOI却高达41%。PBI纤维在燃烧时不熔融,较少收缩变形,离火后立即熄灭。

     在20℃/min的升温速率控制下进行热重分析(TGA)。当温度达到450℃时,PBI纤维失重率不到20%;在350℃下放置6小时,PBI纤维失重率不到10%;
                                 
     仿真实高温和火焰的可控模拟实验也常用来衡量PBI织物和其他竞争织物的相关性能。在600℃下PBI纤维耐高温时间可长达5s。
                                 
     热保护性能(TPP)是一种衡量织物、复合材料防护人体以免二度烧伤能力的曝热实验。它显示PBI轻质混纺纺织品能有效保护避免二度烧伤。PBI/对位芳纶混纺织物在TPP热通量下曝射10s,依然保持了柔软、柔顺和完整的碳化面积,将服装破裂损坏的可能性降到最低,可见该混纺织物大量用于防火保护。在304摄氏度下受热50小时,纤维强度仍能保持50%。

2.化学稳定性
金彩彩票开户     PBI纤维表现出优异的耐水解性。在67psi、147℃的蒸汽中放置72小时,PBI能保留原强力的96%,在140psi、182℃的蒸汽下放置16小时,强力几乎无损失。长时间浸泡在多种有机物溶液中,纤维强力保持不变。

3.纺织加工性能
      PBI纤维强度2.8-5.0CN/dtex,断裂伸长率超过棉花一般为10%-15%,在标准状态下,吸湿高达15%,手感较好,具有良好的纺织加工性能。
                                 
     PBI纤维本身是金黄色的。通过X射线衍射实验发现,PBI有许多类似于羊毛的酸性染料染座。由于该纤维的玻璃化转变温度Tg高达400℃以上,加之大分子上存在氢键,使其自身有强的联结,因此染料扩散时所需的聚合物链段的活动受到了严格的限制,故必须采用载体染色法。PBI染色后要通过煮练除去织物表面的浮色,并保持其阻燃性能及干、湿摩擦牢度不受影响。

4.吸湿性
金彩彩票开户     PBI纤维吸湿率不亚于棉纤维,达13%-15%(通过酸稳定化处理后还能有所提高)。如此高吸湿性和柔软的手感使PBI纤维所制成的织物具有良好的穿着舒适性。经过测试证明PBI纤维织物的舒适性不亚于棉花,尤其是含PBI的轻薄织物,其舒适性可进一步得到改善。


     从美国NASA航空计划崭露头角,PBI纤维优异的热性能、耐化学性能、舒适性以及易纺织加工等性能给航空航天、军事和纺织工业等领域的产品设计提供了令人兴奋的选择。PBI纤维是消防员在极端恶劣条件下着装的基础,它将防护服的性能提高到一个新的水平——所制成的耐高温手套在温度高达815摄氏度时的寿命比石棉高2-9倍。混纺比为40PBI/60对位芳纶的织物已经成为美国NFPA燃料舱传动装置的外罩织物的标准。与Goretex蒸气屏障薄膜混合应用首次符合英国防火服A-26标准,并在美国、欧洲市场取得了广泛认可。

 
 
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